廃プラスチックのガス化方法
【課題】廃プラスチックを可燃性ガスに転換するガス化技術において、炉内からの発生ガスの流量変化、ガス発熱量変化等を小さくして、安定した反応を得ることと、廃プラスチックのガス化効率を向上させること。
【解決手段】ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、破砕機１にて最大長で３００ｍｍ以下に切断した後、圧縮乾燥機２にて圧縮するとともに加熱し、該廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満として、嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容した後に、ガス化炉４に供給してガス化する。
【解決手段】ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、破砕機１にて最大長で３００ｍｍ以下に切断した後、圧縮乾燥機２にて圧縮するとともに加熱し、該廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満として、嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容した後に、ガス化炉４に供給してガス化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックを可燃性ガスに転換する方法に関する。また、廃プラスチックに繊維系廃棄物などの有機物を含む廃棄物を可燃性ガスに転換する方法にも応用できる。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源問題や環境問題への注目が強くなるに従って、石油資源の枯渇や炭酸ガス排出削減のニーズが強くなりつつある。そのために、化石燃料の代替エネルギーとして、バイオマス利用や廃棄物リサイクルが推進されつつある。化石燃料代替技術としては、天然繊維やでんぷんをエタノールなどに加工する方法、廃木材や廃プラスチックを固形燃料（ＲＰＦ）に加工する方法、廃プラスチックを炭化水素油に転換する方法、廃木材、下水有機汚泥や廃プラスチックを可燃ガスに転換する方法や、高炉やコークス炉などの製鉄設備で使用する方法などが行われている。
【０００３】
これらの方法のうち、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃木材、下水有機汚泥、廃プラスチック、一般家庭ごみ、衣料屑や強化プラスチックなどの有機系産業廃棄物、木材などを含む建設廃棄物などの有機物を含む物質を可燃ガスに転換する方法（ガス化技術）は、各種の有機物を使用することができ、かつ、これらの混合物であっても問題がない利点がある。また、ガス化技術により回収したガスは、水素、一酸化炭素、メタン、場合によっては、更に他の可燃性炭化水素を多く含むものである。この回収ガスは、１立方メートル当り６〜１５ＧＪの燃焼熱を持つことから、ボイラーや加熱炉の燃料として利用できる。また、水素と一酸化炭素を中心とするガスを回収する場合は、アンモニアやメタノールなどの化学原料を製造する工程でも使用することができる。また、このガス化技術は、石炭、ピッチ、オイルコークスのガス化にも応用されるものである。
【０００４】
廃棄物やバイオマスを使用するガス化処理では、状況により原料が安定的に入荷しないことがあることから、これを単独の燃料として、ボイラーや加熱炉を操業することができない場合が多い。このような理由で、回収ガスは、天然ガスや重油などの燃料と混合して、使用されることが多い。例えば、高炉とコークス炉を持つ製鉄所での副生可燃ガスと回収ガスを混合して、燃料ガスとして使用する例がある。また、回収ガスを化学原料用のガスと、ナフサ等をガス化したガスを混合して使用する例がある。
【０００５】
これらの方法において、廃プラスチックや一般家庭ゴミをガス化することは、廃棄物を減容化して、最終処分場に関る問題を解決するとともに、未利用の廃棄物をエネルギーとして利用できることから、環境問題とエネルギー問題を同時に解決する有効な方法であり、例えば特開２００５−２１３４９３号公報や特開２００６−８３３１０号公報にも記載されている。
【０００６】
特開２００５−２１３４９３号公報に記載されている方法においては、廃プラスチックなどをコークス充填層に供給して、可燃性ガスを製造する方法である。この方法では、廃プラスチックを赤熱したコークス充填層で熱分解して、更に酸素と水蒸気を反応させることから、水素、一酸化炭素、メタンを主体とするガスが得られる。また、特開２００６−８３３１０号公報では、プラスチックを主体とする廃棄物の再資源化において、熱分解中に３００℃未満の水蒸気を供給して廃棄物を熱分解してガスおよび油を回収する方法である。
【０００７】
原料である廃プラスチックは、形状が種々あり、また嵩比重も低いことから、ガス化炉への供給が一定速度でできない問題や、廃プラスチックとともに、空気が大量に入り込み、ガスが窒素で希釈されてしまう問題が起きる。従って、ガス化炉内に廃プラスチックを供給するためには、技術的な工夫が必要である。例えば特開２００４−０３４５３４号公報に記載されているように、プラスチックに含まれる大粒径粒子、綿状物質、フラフを除去することでホッパ内や供給配管での粒子の流れを安定させ、また供給ホッパに撹拌翼を設けて粒子の棚つりを防止する方法などが行われている。
【０００８】
一方、原料供給を安定化するために、廃プラスチックをガス化炉などで処理する前に、事前処理を行うことがある。例えば特開２００１−２３２６３４号公報に記載されている方法のように、ガス化や油化などの化学的リサイクル方法に対応する粒状化物を製造して、これをガス化炉で使用することも行われている。この方法により、廃プラスチックを安定的にガス化炉に供給できるようになり、ガスの発生速度が安定して、炉内の反応も安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２１３４９３号公報
【特許文献２】特開２００６−８３３１０号公報
【特許文献３】特開２００４−０３４５３４号公報
【特許文献４】特開２００１−２３２６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
廃プラスチックのガス化処理において、安定した反応制御のためには、原料である廃プラスチックを安定的に供給する必要がある。廃プラスチックは、形状に定まったものがなく、嵩比重も小さいのが一般的である。また、嵩比重の変動も大きいという問題がある。家庭などから排出された容器包装を主体とする廃プラスチックは嵩比重が特に小さく、一般に０．０２〜０．０５ｋｇ／リットル程度である。また、最大長が５００ｍｍ程度の大きな袋状のものから、数ｍｍのものまでが混在している問題もあった。これは、衣料などを廃棄した繊維系廃棄物についても同様である。以下、廃プラスチックを例とした説明を行う。
【００１１】
以上のような性状の廃プラスチックをそのままガス化炉に供給することから、種々の問題が起きる。ガス化炉の原料供給装置は容積型のものであり、単位時間当たり一定容積の原料を炉内に供給する。供給装置に適合しないプラスチック片が入っている場合には、特開２００４−０３４５３４号公報に記載されているように、これを排除することや混合操作を行う場合もあるが、大粒径粒子やフラフを除去して、撹拌を行うことでも、原料である廃プラスチックの嵩比重変動の影響を小さくすることはできなかった。つまり、廃プラスチックは雑多なプラスチックの集まりであって、その影響で、その嵩比重はプラスチック種、形状、サイズ等の影響を受けていた。その結果、廃プラスチックの嵩比重は、部分によって２〜４倍の差があることが一般的であった。
【００１２】
このように、廃プラスチックの嵩比重の変動が大きいため、例え大粒径粒子やフラフの除去や撹拌操作をしても、ガス化炉に供給される廃プラスチックの質量供給速度は大きく変動していた。この影響により、ガス化炉内の廃プラスチック量が変化することから、炉内反応が変化してしまい、この結果、ガス発生量が変化し、またガス組成も変化していた。このような状態では、廃プラスチック量が多い場合は、回収ガスのメタンなどの炭化水素が増えるとともに、タールやススも増加することから、回収ガスの汚れが悪化する問題が起きていた。また、嵩比重が小さいため、廃プラスチックの集合体には、大量の空気が含まれる問題があった。この結果、ガス化炉内に、廃プラスチックとともに、空気が入り込み、燃焼制御の妨げとなるとともに、回収ガスを窒素で希釈することから、回収ガスの発熱量が低下する問題もあった。
【００１３】
一方、上記の問題を解決するために行っていた廃プラスチックの事前処理においても問題があった。例えば、特開２００１−２３２６３４号公報に記載されているような廃プラスチックの粒状化処理では、５〜３０ｍｍ程度の大きさの粒状化物を製造する。この粒状化物の嵩比重は０．１〜０．４ｇ/ｃｍ3程度であり、その値の変動も少ない。これをガス化炉に供給することで、ガス発生量やガス組成の変化が小さくなっていた。しかしながら、粒状化処理のためには、廃プラスチック１トン当り１５０〜２５０kWhの動力を必要とし、エネルギー消費が多く、その製造費用が高価である問題があった。また、製造設備も高出力の装置が必要であり、設備費も高価である問題があった。
【００１４】
また、廃棄物であるため、廃プラスチックには、水分が付着していることに起因する問題もあった。水分がガス化炉内に入ると、炉内で蒸発して、その大部分はプラスチック又はプラスチックからの揮発分と反応して水素となる。反応そのものは、プラスチックガス化に悪影響を与えないものの、水が蒸発する際の蒸発潜熱により、炉内の温度が低下して、プラスチックガス化反応が十分に進まない問題や、水分量の変動による炉内温度制御が不安定になる問題があった。従来技術で廃プラスチックの水分を除去する方法もあるが、通常の乾燥炉や熱風などでプラスチックを乾燥すると、発火して火事になることがあるため、簡単には乾燥できないという問題もあった。
【００１５】
以上に説明したように、ガス化炉への原料供給技術には、質量基準での原料供給速度の変動の問題があり、また廃プラスチックの粒状化処理にも、事前処理にかかるエネルギー消費が多い問題があった。また、廃プラスチックの付着水分によるガス化炉の熱的、反応的な問題もあった。このように、廃プラスチックのガス化に関する従来技術には、技術的な課題があり、これを解決するための新しい技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記に記載されたような廃プラスチックのガス化処理に伴う問題を解決するためになされたものであり、その内容は下記に記載される通りである。
（a）ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、最大長で３００ｍｍ以下に切断した後に、ケーシング中で、圧縮することで摩擦熱を発生させるなどの方法で加熱する。加熱後に貫通穴から押出して、圧縮して乾燥することで、嵩密度を上げる。圧縮乾燥時のモーター動力を原料の廃プラスチックの水分を変数として決める。付着水分が１２質量％以上の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８の範囲として、圧縮された廃プラスチックの温度を８５℃以上、１１０℃未満とする。また、付着水分が５質量％以上、１２質量％未満の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．８Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７の範囲として、圧縮された廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満とする。このことで、廃プラスチックの水分を低下させるとともに、廃プラスチックを嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容する。この方法で、減容された廃プラスチックをガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化する。ここで、Ｍｗは、廃プラスチックの付着水分比率（質量％）である。
（b）また、圧縮乾燥前に付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを９０℃以下の温度で予備乾燥して、付着水分を１２質量％未満とする。その後に、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．８Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７の範囲として、廃プラスチックを圧縮乾燥する。
（c）前出（a）又は（b）の方法において、側面に複数の貫通穴を有しているケーシング内において、スクリュー式圧縮機にて連続的に、廃プラスチックを圧縮して、当該貫通穴から廃プラスチックを押出して圧縮乾燥する。この際の貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとする。
（d）前出（a）から（c）のいずれか１つの方法において、圧縮乾燥して製造した廃プラスチック凝集物を、その大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物を２ＭＰａ（約２０ｋｇ−ｆ／ｃｍ3）の圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズとなるものの比率が９０％以上とする。これを容積式の供給装置で、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化する。
（e）以上に説明した（a）から（d）のいずれかの方法において、廃プラスチックをガス化炉に供給する装置を、容積式の供給装置、例えばケーシング内をスクリューで押し込みガス化炉に供給する装置、ケーシング内を往復動作するピストンで押し込みガス化炉に供給する装置、を用いて、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化する。
【００１７】
すなわち、本願発明の要旨は、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、最大長で３００ｍｍ以下に切断した後に、圧縮するとともに加熱して、該廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満として、嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容した後に、ガス化炉に供給してガス化することを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。
（２）付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする（１）に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（３）付着水分が６質量％以上、１２質量％未満の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．７Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする（１）に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（４）付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを圧縮乾燥前に９０℃以下の温度で予備乾燥して、水分を１２質量％未満とした後に、圧縮するとともに加熱した後に、ガス化処理することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックのガス化方法。
（５）側面に複数の貫通穴を有しているケーシング内において、スクリュー式圧縮機にて連続的に、廃プラスチックを圧縮して、当該貫通穴から廃プラスチックを押出して圧縮するとともに加熱することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（６）ケーシングの貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとすることを特徴とする（５）に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（７）圧縮するとともに加熱して製造した廃プラスチック凝集物を、大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物を２ＭＰａの圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズであるものの比率が９０％以上とすることを特徴とする（１）から（６）のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（８）廃プラスチックを容積式の供給装置にて、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化するとすることを特徴とする（１）から（７）のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明で製造した廃プラスチック凝集物は圧縮乾燥されているため、嵩比重の変動が少なく、また水分含有率が低い特徴を持つ。嵩比重の変動が少ないことから、ガス化炉内に供給される廃プラスチック凝集物の供給速度の変動が小さくなる。この結果、ガス化反応速度が安定化することから、発生ガスの化学成分が安定化し、発生ガスに含まれるススやタールの含有率も安定化する。
また、ガス化炉内に供給される水分が低減されるため、炉内での水の蒸発熱が節約されて、ガス化炉の熱バランスが改善して、廃プラスチックから回収できるエネルギー量が増加する効果もある。本発明を実施することにより、このように、ガス化反応が安定化するとともに、回収できるエネルギーも増加する利点がある。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明では、廃プラスチックとして、嵩比重の小さいものを対象とする。例えば、雑多な種類からなる家庭から排出される廃プラスチックや工場などで発生する嵩の大きい加工屑プラスチックである。また、本発明の方法が効果を発揮する廃プラスチックはポリエチレンを２０〜８０質量％含むものである。以上のポリエチレン比率の範囲であれば、廃プラスチックを５０容積％以上含家庭ごみも対象となる。廃プラスチックの水分は３〜２０質量％程度のものである。本発明における廃プラスチックのガス化処理の全体フローを図１に示す。図１の設備は、破砕機１、圧縮乾燥機２、供給装置３、ガス化炉４、ガス処理装置５から構成される。
【００２０】
まず、破砕機１にて、廃プラスチックを切断する。破砕機１は、カッターの付いた回転式のローターのある切断機が良い。切断機の型式には、ローターが１軸のものと２軸のものがある。なお、破砕機１はシャー式でも良いが、生産性が低い問題があるため、ローター式が望ましい。切断後の廃プラスチックのサイズは３００ｍｍ以下とする。ここで、３００ｍｍのサイズの意味としては、３００ｍｍ間隔のスクリーンを通過することであり、スクリーンで篩い分けしない場合は、本発明のサイズとは、切断片のうち、所定の値以下の最大長を持つものの比率が９０％程度となる長さを言う。高密度の圧縮加熱を行う際には、１５０ｍｍもしくは５０ｍｍ以下のサイズに切断することが良い。切断する際の廃プラスチックの水分は８質量％以上であると、切断に伴う発熱による発火の問題が起きづらい。なお、切断前には、金属や無機質の異物を除去しておくことが望ましい。
【００２１】
ここで、破砕機１の作用の例を図２で詳細に説明する。なお、図２は２軸式破砕機の例である。廃プラスチックの集合体を上方の供給口１１から供給する。廃プラスチックは破砕刃を有するローター１２の間で切断される。ローター１２の下には、スクリーン１３があり、所定のサイズ以下の切断片は下方に、また所定のサイズ以上の切断片はスクリーン１３の上から、側方に流れる。スクリーン１３の上から側方に流れたオーバーサイズの破砕片は、リターンコンベア１４にて、再度、ローター１２の上方に供給されて切断される。切断片サイズが小さいほど、圧縮乾燥後の集合体の嵩密度が高くなる利点がある。しかし、切断片があまり小さいと後工程の圧縮乾燥処理での圧縮操作が難しくなるこから、切断片サイズとしては、１５ｍｍ以下とすることは望ましくない。
【００２２】
切断された廃プラスチックを圧縮乾燥機２に供給する。圧縮乾燥機２は、廃プラスチックを圧縮し、かつその際の摩擦熱等で廃プラスチックを加熱するものであればいずれの型式の物でも良い。ただし、生産性等を考慮すると、図３に示すような、側面に複数の貫通穴２５を有するケーシング２２内に押込みスクリュー２３があり、原料供給口２１から供給された廃プラスチックを押込みスクリュー２３で廃プラスチックを圧縮して、貫通穴２５から押出す方式のものが良い。この装置では、原料供給口２１から廃プラスチックを供給して、押し込みスクリュー２３により、廃プラスチックに摩擦を生じさせることで、加熱乾燥する。温度が上がった廃プラスチックを貫通穴２５から押出す。適正な温度条件とするためには、押し込みスクリュー２３を駆動するモーター２４の動力を適正範囲にする。なお、温度が不足する場合は、ヒーターを用いて加熱することもある。また、押し込みローラーで廃プラスチックを圧縮して貫通穴から押出す方式のものを使用することも良い。
【００２３】
圧縮乾燥時の条件は、廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満とする。本発明では、廃プラスチックの粒状化物を形成するのではなく、凝集物を作ることから、一般的なプラスチック粒状化物を製造する温度よりも低い処理温度とする。本発明では、廃プラスチック中のポリエチレンを部分的に軟化させる。これは、後述するように、凝集物が壊れやすく、適度な大きさであることが重要であることが理由である。この条件で圧縮乾燥することが必要であるため、上記の温度での処理を行う。ポリエチレンの軟化点は一般的に７２〜１２１℃であり、廃プラスチックを調査した結果、その中に含まれるポリエチレンのうち多くのものの軟化点は８５〜９５℃であった。更に本発明者らは実験を行い、この結果では、廃プラスチック中のポリエチレンを部分的に軟化点させるためには、７２℃以上、１１０℃未満であることが良いことが判明した。また、望ましくは、７２〜１００℃であることが良い。ただし、ポリエチレン比率が４０％以上である場合などは、８５〜１００℃の条件が良い。
【００２４】
圧縮乾燥する際に、上記の温度範囲に廃プラスチックの温度を制御するためには、圧縮乾燥時に廃プラスチックにかかる動力等を調整する。調整方法は以下に示すとおりである圧縮乾燥では、付着水の一部を蒸発させるため、付着水分比率により、動力等を変更する。この理由は、適切な凝集のためには、あまり動力を掛けすぎると温度が上がりすぎて、プラスチック同士が結合してしまうことと、水分の蒸発が過激となり、突沸ように水蒸気が過激に貫通穴から噴出す現象が起きて、処理が困難になるためである。また、動力が不足すると、温度が不足して、凝集が上手く行かないためである。
【００２５】
水分を付着水分が１２質量％以上の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８（ｋＷｈ／トン）の範囲とすれば、廃プラスチックの温度を８５℃以上、１１０℃未満とすることができる。また、付着水分が５質量％以上、１２質量％未満の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮出力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を１．７Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）の範囲とすれば、廃プラスチックの温度を８５℃以上、１１０℃未満とする。なお、Ｍｗは、廃プラスチックの付着水分比率（質量％）である。以上の操作により、廃プラスチックの温度を所定の範囲とするとともに、付着水分を１／２又はそれ以下とすることができる。この際の貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとするとともに、必要があれば、一部の当該貫通穴を閉塞して、圧縮装置動力を所定の範囲内とする。
【００２６】
付着水分が１２質量％以上と比較的水分が多い廃プラスチックの場合は、圧縮乾燥前に廃プラスチックを、熱風装置や回転式乾燥装置で、予備乾燥して水分を１２質量％未満とする。この際の温度を９０℃以下とする。これは、高温で乾燥すると発火の危険があるからである。その後に、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮出力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．８Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜４．４Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）の範囲として、廃プラスチックを圧縮乾燥する。本発明においても、付着水分が１２質量％以上では、残留水分が６〜８質量％と比較的多く残ることから、付着水分を低くしたい場合は、この予備乾燥により、安定して低水分の凝集物が得られる。
【００２７】
以上の方法で製造した圧縮乾燥して製造した廃プラスチック凝集物は、嵩比重が０．０７〜０．２ｋg/リットルのものである。この嵩比重であると、廃プラスチック凝集物の集合体には、適度の空間があり、ガス化炉内に供給された際に、ガスの発生速度が平均化する利点がある。この廃プラスチック凝集物は、完全に粘着して一体化したものではなく、１ｍｍ程度から１０ｍｍ程度のプラスチック粒子の集合体である。この集合体として、ガス化反応に適しているものは、その大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物であっても、２ＭＰａ（約２０ｋｇ−ｆ／ｃｍ3）の圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズとなるものの比率が９０％以上とする。一般に、凝集物が大きすぎると、ガス化炉内での反応が不均一になる傾向がある。従って、凝集物が短時間に分解・気化するのに適した大きさであることが良い。本発明者らの実験結果では、炉内の廃プラスチック供給部分の温度が４００〜８５０℃であれば、凝集物の大きさは１５ｍｍ以下が望ましいことが判った。ここで、１５ｍｍの大きさとは、１５ｍｍの網目のスクリーンを通過するサイズであることを言う。また、本発明の凝集物は、容積式などの供給装置の中で力を受けると小粒のものに分解することから、例え１５ｍｍ以上の大きさであっても、２ＭＰａの圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズとなるものであれば、供給装置内で分解されて、炉内に供給される際には、適正なサイズとなっていることから、炉内では、同様の反応条件となる。
【００２８】
これを図１の供給装置３で、ガス化炉４に供給して、廃プラスチックをガス化する。供給装置３の型式は種々あるが、容積式のものが最も望ましい。ここで、容積式供給装置とは、ケーシング内をスクリューで押し込む方式（スクリュー式フィーダー）、ケーシング内をプッシャーで押し込む方式、一定の容積を持った部分のある回転体が凝集物を取り込んでいく方式（テーブルフィーダーやロータリーフィーダーなど）、その他がある。また、気流搬送式の供給装置を用いることもある。
【００２９】
上記の方法により、事前処理された廃プラスチックはガス化炉４で可燃性ガスに転換される。ガス化炉４の型式としては、流動層式、コークス充填層式、噴流式、シャフト炉式などの型式がある。流動層式では、流動化している砂に廃プラスチック凝集物と水蒸気や酸素を供給して、廃プラスチックをガス化する。コークス充填層式では、高温のコークス充填層に廃プラスチック凝集物を供給して、ガス化して、更に酸素や水蒸気でガス成分を調整する。噴流式では、高温のガス化室に廃プラスチック凝集物を吹き込んで、ガス化する。シャフト炉式では、コークスなどのスペーサー機能のある充填層上部から廃プラスチック凝集物を供給して、ガス化して、廃プラスチックに含まれる無機物を溶融してスラグ化する。これらでの処理でのガス化温度は４００〜８５０℃である。
【００３０】
以上の方法により、供給された廃プラスチック凝集物は、炭素、水蒸気、酸素等と反応して、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、その他炭化水素などの可燃性ガスや窒素、二酸化炭素などのガスに転換される。また、廃プラスチックの一部は、ススやタールに転換される。
【実施例】
【００３１】
本発明の方法を実施した操業例を説明する。廃プラスチックの破砕装置は、図２に示される２軸式のものであり、圧縮乾燥機は図３に示される型式のものである。供給装置は、スクリュー式のものと回転式のものを使用して、両者を比較した。ガス化炉は流動層式のもので、流動層の温度を４５０〜７００℃にして、廃プラスチックのガス化処理を行った。
【００３２】
原料である廃プラスチックの組成等を表１に示す。原料１は、純度の高い廃プラスチックであり、ポリエチレンを６８質量％含むものであった。原料２は、家庭から排出された容器包装を中心とする廃プラスチックであり、比較的水分の高いものである。原料３は、事務所から排出されたもので、廃プラスチックが６８質量％、ポリエチレンを２７質量％含むものでものである。
【００３３】
【表１】
ガス化処理の結果を表２に示す。なお、ガス化反応の安定性については、ガス発熱量のバラツキ（１分平均値の標準偏差）と冷ガス効率（プラスチックの化学エネルギーのうち、ガスの化学エネルギーに添加された比率）を評価基準とした。
【００３４】
表２のガス化処理１ａは原料１を従来技術で処理した結果である。この処理の結果では、ガス化処理１ａでは、ガス容積当り発熱量は１０．５ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは１．１ＭＪ／ｍ3であった。また、冷ガス効率は６３．３％であった。一方、本発明の方法のガス化処理１ｂでは、事前処理で、廃プラスチックの嵩密度は０．１８ｋｇ／リットルであり、付着水分も３．４質量％であった。また、凝集物の８０％が１５ｍｍ以下で、１５ｍｍ以上のものの全量が２ＭＰａの力で１５ｍｍ以下となった。この処理の結果では、ガス容積当り発熱量は１１．６ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは０．５７ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は６９．４％といずれも向上した値となった。
【００３５】
【表２】
表２のガス化処理２ａは、原料２を従来技術で処理した結果である。この結果、ガス化処理２ａでは、ガス容積当り発熱量は９．１ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは１．３ＭＪ／ｍ3であった。また、冷ガス効率は５８．１％であった。一方、本発明の方法として、ガス化処理２ｂとガス化処理２ｃを行った。ガス化処理２ｂでは、通常の事前処理を行い、廃プラスチックの嵩密度を０．１０ｋｇ／リットルとして、付着水分も６．８質量％まで低下させた。この結果、ガス容積当り発熱量は１０．６ＭＪ／ｍ3まで向上し、ガス発熱量のバラツキは０．８１ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は、６３．４％といずれも向上した値となった。また、ガス化処理２ｃは、まず廃プラスチックを付着水分１０．６質量％まで予備乾燥したものを圧縮乾燥した。この結果、廃プラスチックの嵩密度を０．２０ｋｇ／リットルとして、付着水分も３．８質量％なで低下させた。この結果、ガス容積当り発熱量は１１．０ＭＪ／ｍ3まで向上し、ガス発熱量のバラツキは０．５２ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は、６４．８％と更に向上した。なお、ガス化処理２ｂ、２ｃともに、凝集物は１５ｍｍ以下であるか、１５ｍｍ以上のものの全量が２ＭＰａの力で１５ｍｍ以下となった。
【００３６】
表２のガス化処理３ａは原料３を従来技術で処理した結果である。この結果、ガス化処理３ａでは、ガス容積当り発熱量は８．５ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは０．８９ＭＪ／ｍ3であった。また、冷ガス効率は５４．６％であった。一方、本発明の方法のガス化処理３ｂでは、事前処理で、廃プラスチックの嵩密度を０．１４ｋｇ／リットルとして、付着水分も４．８質量％とした。この結果、ガス容積当り発熱量は９．７ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは０．４３ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は、５９．９％といずれも向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のガス化装置の全体構成を示す図である。
【図２】廃プラスチックの破砕機の型式例を示す図である。
【図３】廃プラスチックの圧縮乾燥機の型式例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 破砕機
２ 圧縮乾燥機
３ 供給装置
４ ガス化炉
５ ガス処理装置
１１ 供給口
１２ ローター
１３ スクリーン
１４ リターンコンベア
２１ 原料供給口
２２ ケーシング
２３ 押込みスクリュー
２４ モーター
２５ 貫通穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃プラスチックを可燃性ガスに転換する方法に関する。また、廃プラスチックに繊維系廃棄物などの有機物を含む廃棄物を可燃性ガスに転換する方法にも応用できる。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源問題や環境問題への注目が強くなるに従って、石油資源の枯渇や炭酸ガス排出削減のニーズが強くなりつつある。そのために、化石燃料の代替エネルギーとして、バイオマス利用や廃棄物リサイクルが推進されつつある。化石燃料代替技術としては、天然繊維やでんぷんをエタノールなどに加工する方法、廃木材や廃プラスチックを固形燃料（ＲＰＦ）に加工する方法、廃プラスチックを炭化水素油に転換する方法、廃木材、下水有機汚泥や廃プラスチックを可燃ガスに転換する方法や、高炉やコークス炉などの製鉄設備で使用する方法などが行われている。
【０００３】
これらの方法のうち、石炭、ピッチ、オイルコークス、廃木材、下水有機汚泥、廃プラスチック、一般家庭ごみ、衣料屑や強化プラスチックなどの有機系産業廃棄物、木材などを含む建設廃棄物などの有機物を含む物質を可燃ガスに転換する方法（ガス化技術）は、各種の有機物を使用することができ、かつ、これらの混合物であっても問題がない利点がある。また、ガス化技術により回収したガスは、水素、一酸化炭素、メタン、場合によっては、更に他の可燃性炭化水素を多く含むものである。この回収ガスは、１立方メートル当り６〜１５ＧＪの燃焼熱を持つことから、ボイラーや加熱炉の燃料として利用できる。また、水素と一酸化炭素を中心とするガスを回収する場合は、アンモニアやメタノールなどの化学原料を製造する工程でも使用することができる。また、このガス化技術は、石炭、ピッチ、オイルコークスのガス化にも応用されるものである。
【０００４】
廃棄物やバイオマスを使用するガス化処理では、状況により原料が安定的に入荷しないことがあることから、これを単独の燃料として、ボイラーや加熱炉を操業することができない場合が多い。このような理由で、回収ガスは、天然ガスや重油などの燃料と混合して、使用されることが多い。例えば、高炉とコークス炉を持つ製鉄所での副生可燃ガスと回収ガスを混合して、燃料ガスとして使用する例がある。また、回収ガスを化学原料用のガスと、ナフサ等をガス化したガスを混合して使用する例がある。
【０００５】
これらの方法において、廃プラスチックや一般家庭ゴミをガス化することは、廃棄物を減容化して、最終処分場に関る問題を解決するとともに、未利用の廃棄物をエネルギーとして利用できることから、環境問題とエネルギー問題を同時に解決する有効な方法であり、例えば特開２００５−２１３４９３号公報や特開２００６−８３３１０号公報にも記載されている。
【０００６】
特開２００５−２１３４９３号公報に記載されている方法においては、廃プラスチックなどをコークス充填層に供給して、可燃性ガスを製造する方法である。この方法では、廃プラスチックを赤熱したコークス充填層で熱分解して、更に酸素と水蒸気を反応させることから、水素、一酸化炭素、メタンを主体とするガスが得られる。また、特開２００６−８３３１０号公報では、プラスチックを主体とする廃棄物の再資源化において、熱分解中に３００℃未満の水蒸気を供給して廃棄物を熱分解してガスおよび油を回収する方法である。
【０００７】
原料である廃プラスチックは、形状が種々あり、また嵩比重も低いことから、ガス化炉への供給が一定速度でできない問題や、廃プラスチックとともに、空気が大量に入り込み、ガスが窒素で希釈されてしまう問題が起きる。従って、ガス化炉内に廃プラスチックを供給するためには、技術的な工夫が必要である。例えば特開２００４−０３４５３４号公報に記載されているように、プラスチックに含まれる大粒径粒子、綿状物質、フラフを除去することでホッパ内や供給配管での粒子の流れを安定させ、また供給ホッパに撹拌翼を設けて粒子の棚つりを防止する方法などが行われている。
【０００８】
一方、原料供給を安定化するために、廃プラスチックをガス化炉などで処理する前に、事前処理を行うことがある。例えば特開２００１−２３２６３４号公報に記載されている方法のように、ガス化や油化などの化学的リサイクル方法に対応する粒状化物を製造して、これをガス化炉で使用することも行われている。この方法により、廃プラスチックを安定的にガス化炉に供給できるようになり、ガスの発生速度が安定して、炉内の反応も安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２１３４９３号公報
【特許文献２】特開２００６−８３３１０号公報
【特許文献３】特開２００４−０３４５３４号公報
【特許文献４】特開２００１−２３２６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
廃プラスチックのガス化処理において、安定した反応制御のためには、原料である廃プラスチックを安定的に供給する必要がある。廃プラスチックは、形状に定まったものがなく、嵩比重も小さいのが一般的である。また、嵩比重の変動も大きいという問題がある。家庭などから排出された容器包装を主体とする廃プラスチックは嵩比重が特に小さく、一般に０．０２〜０．０５ｋｇ／リットル程度である。また、最大長が５００ｍｍ程度の大きな袋状のものから、数ｍｍのものまでが混在している問題もあった。これは、衣料などを廃棄した繊維系廃棄物についても同様である。以下、廃プラスチックを例とした説明を行う。
【００１１】
以上のような性状の廃プラスチックをそのままガス化炉に供給することから、種々の問題が起きる。ガス化炉の原料供給装置は容積型のものであり、単位時間当たり一定容積の原料を炉内に供給する。供給装置に適合しないプラスチック片が入っている場合には、特開２００４−０３４５３４号公報に記載されているように、これを排除することや混合操作を行う場合もあるが、大粒径粒子やフラフを除去して、撹拌を行うことでも、原料である廃プラスチックの嵩比重変動の影響を小さくすることはできなかった。つまり、廃プラスチックは雑多なプラスチックの集まりであって、その影響で、その嵩比重はプラスチック種、形状、サイズ等の影響を受けていた。その結果、廃プラスチックの嵩比重は、部分によって２〜４倍の差があることが一般的であった。
【００１２】
このように、廃プラスチックの嵩比重の変動が大きいため、例え大粒径粒子やフラフの除去や撹拌操作をしても、ガス化炉に供給される廃プラスチックの質量供給速度は大きく変動していた。この影響により、ガス化炉内の廃プラスチック量が変化することから、炉内反応が変化してしまい、この結果、ガス発生量が変化し、またガス組成も変化していた。このような状態では、廃プラスチック量が多い場合は、回収ガスのメタンなどの炭化水素が増えるとともに、タールやススも増加することから、回収ガスの汚れが悪化する問題が起きていた。また、嵩比重が小さいため、廃プラスチックの集合体には、大量の空気が含まれる問題があった。この結果、ガス化炉内に、廃プラスチックとともに、空気が入り込み、燃焼制御の妨げとなるとともに、回収ガスを窒素で希釈することから、回収ガスの発熱量が低下する問題もあった。
【００１３】
一方、上記の問題を解決するために行っていた廃プラスチックの事前処理においても問題があった。例えば、特開２００１−２３２６３４号公報に記載されているような廃プラスチックの粒状化処理では、５〜３０ｍｍ程度の大きさの粒状化物を製造する。この粒状化物の嵩比重は０．１〜０．４ｇ/ｃｍ3程度であり、その値の変動も少ない。これをガス化炉に供給することで、ガス発生量やガス組成の変化が小さくなっていた。しかしながら、粒状化処理のためには、廃プラスチック１トン当り１５０〜２５０kWhの動力を必要とし、エネルギー消費が多く、その製造費用が高価である問題があった。また、製造設備も高出力の装置が必要であり、設備費も高価である問題があった。
【００１４】
また、廃棄物であるため、廃プラスチックには、水分が付着していることに起因する問題もあった。水分がガス化炉内に入ると、炉内で蒸発して、その大部分はプラスチック又はプラスチックからの揮発分と反応して水素となる。反応そのものは、プラスチックガス化に悪影響を与えないものの、水が蒸発する際の蒸発潜熱により、炉内の温度が低下して、プラスチックガス化反応が十分に進まない問題や、水分量の変動による炉内温度制御が不安定になる問題があった。従来技術で廃プラスチックの水分を除去する方法もあるが、通常の乾燥炉や熱風などでプラスチックを乾燥すると、発火して火事になることがあるため、簡単には乾燥できないという問題もあった。
【００１５】
以上に説明したように、ガス化炉への原料供給技術には、質量基準での原料供給速度の変動の問題があり、また廃プラスチックの粒状化処理にも、事前処理にかかるエネルギー消費が多い問題があった。また、廃プラスチックの付着水分によるガス化炉の熱的、反応的な問題もあった。このように、廃プラスチックのガス化に関する従来技術には、技術的な課題があり、これを解決するための新しい技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記に記載されたような廃プラスチックのガス化処理に伴う問題を解決するためになされたものであり、その内容は下記に記載される通りである。
（a）ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、最大長で３００ｍｍ以下に切断した後に、ケーシング中で、圧縮することで摩擦熱を発生させるなどの方法で加熱する。加熱後に貫通穴から押出して、圧縮して乾燥することで、嵩密度を上げる。圧縮乾燥時のモーター動力を原料の廃プラスチックの水分を変数として決める。付着水分が１２質量％以上の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８の範囲として、圧縮された廃プラスチックの温度を８５℃以上、１１０℃未満とする。また、付着水分が５質量％以上、１２質量％未満の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．８Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７の範囲として、圧縮された廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満とする。このことで、廃プラスチックの水分を低下させるとともに、廃プラスチックを嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容する。この方法で、減容された廃プラスチックをガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化する。ここで、Ｍｗは、廃プラスチックの付着水分比率（質量％）である。
（b）また、圧縮乾燥前に付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを９０℃以下の温度で予備乾燥して、付着水分を１２質量％未満とする。その後に、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．８Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７の範囲として、廃プラスチックを圧縮乾燥する。
（c）前出（a）又は（b）の方法において、側面に複数の貫通穴を有しているケーシング内において、スクリュー式圧縮機にて連続的に、廃プラスチックを圧縮して、当該貫通穴から廃プラスチックを押出して圧縮乾燥する。この際の貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとする。
（d）前出（a）から（c）のいずれか１つの方法において、圧縮乾燥して製造した廃プラスチック凝集物を、その大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物を２ＭＰａ（約２０ｋｇ−ｆ／ｃｍ3）の圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズとなるものの比率が９０％以上とする。これを容積式の供給装置で、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化する。
（e）以上に説明した（a）から（d）のいずれかの方法において、廃プラスチックをガス化炉に供給する装置を、容積式の供給装置、例えばケーシング内をスクリューで押し込みガス化炉に供給する装置、ケーシング内を往復動作するピストンで押し込みガス化炉に供給する装置、を用いて、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化する。
【００１７】
すなわち、本願発明の要旨は、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、最大長で３００ｍｍ以下に切断した後に、圧縮するとともに加熱して、該廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満として、嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容した後に、ガス化炉に供給してガス化することを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。
（２）付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする（１）に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（３）付着水分が６質量％以上、１２質量％未満の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．７Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする（１）に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（４）付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを圧縮乾燥前に９０℃以下の温度で予備乾燥して、水分を１２質量％未満とした後に、圧縮するとともに加熱した後に、ガス化処理することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックのガス化方法。
（５）側面に複数の貫通穴を有しているケーシング内において、スクリュー式圧縮機にて連続的に、廃プラスチックを圧縮して、当該貫通穴から廃プラスチックを押出して圧縮するとともに加熱することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（６）ケーシングの貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとすることを特徴とする（５）に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（７）圧縮するとともに加熱して製造した廃プラスチック凝集物を、大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物を２ＭＰａの圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズであるものの比率が９０％以上とすることを特徴とする（１）から（６）のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
（８）廃プラスチックを容積式の供給装置にて、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化するとすることを特徴とする（１）から（７）のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明で製造した廃プラスチック凝集物は圧縮乾燥されているため、嵩比重の変動が少なく、また水分含有率が低い特徴を持つ。嵩比重の変動が少ないことから、ガス化炉内に供給される廃プラスチック凝集物の供給速度の変動が小さくなる。この結果、ガス化反応速度が安定化することから、発生ガスの化学成分が安定化し、発生ガスに含まれるススやタールの含有率も安定化する。
また、ガス化炉内に供給される水分が低減されるため、炉内での水の蒸発熱が節約されて、ガス化炉の熱バランスが改善して、廃プラスチックから回収できるエネルギー量が増加する効果もある。本発明を実施することにより、このように、ガス化反応が安定化するとともに、回収できるエネルギーも増加する利点がある。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明では、廃プラスチックとして、嵩比重の小さいものを対象とする。例えば、雑多な種類からなる家庭から排出される廃プラスチックや工場などで発生する嵩の大きい加工屑プラスチックである。また、本発明の方法が効果を発揮する廃プラスチックはポリエチレンを２０〜８０質量％含むものである。以上のポリエチレン比率の範囲であれば、廃プラスチックを５０容積％以上含家庭ごみも対象となる。廃プラスチックの水分は３〜２０質量％程度のものである。本発明における廃プラスチックのガス化処理の全体フローを図１に示す。図１の設備は、破砕機１、圧縮乾燥機２、供給装置３、ガス化炉４、ガス処理装置５から構成される。
【００２０】
まず、破砕機１にて、廃プラスチックを切断する。破砕機１は、カッターの付いた回転式のローターのある切断機が良い。切断機の型式には、ローターが１軸のものと２軸のものがある。なお、破砕機１はシャー式でも良いが、生産性が低い問題があるため、ローター式が望ましい。切断後の廃プラスチックのサイズは３００ｍｍ以下とする。ここで、３００ｍｍのサイズの意味としては、３００ｍｍ間隔のスクリーンを通過することであり、スクリーンで篩い分けしない場合は、本発明のサイズとは、切断片のうち、所定の値以下の最大長を持つものの比率が９０％程度となる長さを言う。高密度の圧縮加熱を行う際には、１５０ｍｍもしくは５０ｍｍ以下のサイズに切断することが良い。切断する際の廃プラスチックの水分は８質量％以上であると、切断に伴う発熱による発火の問題が起きづらい。なお、切断前には、金属や無機質の異物を除去しておくことが望ましい。
【００２１】
ここで、破砕機１の作用の例を図２で詳細に説明する。なお、図２は２軸式破砕機の例である。廃プラスチックの集合体を上方の供給口１１から供給する。廃プラスチックは破砕刃を有するローター１２の間で切断される。ローター１２の下には、スクリーン１３があり、所定のサイズ以下の切断片は下方に、また所定のサイズ以上の切断片はスクリーン１３の上から、側方に流れる。スクリーン１３の上から側方に流れたオーバーサイズの破砕片は、リターンコンベア１４にて、再度、ローター１２の上方に供給されて切断される。切断片サイズが小さいほど、圧縮乾燥後の集合体の嵩密度が高くなる利点がある。しかし、切断片があまり小さいと後工程の圧縮乾燥処理での圧縮操作が難しくなるこから、切断片サイズとしては、１５ｍｍ以下とすることは望ましくない。
【００２２】
切断された廃プラスチックを圧縮乾燥機２に供給する。圧縮乾燥機２は、廃プラスチックを圧縮し、かつその際の摩擦熱等で廃プラスチックを加熱するものであればいずれの型式の物でも良い。ただし、生産性等を考慮すると、図３に示すような、側面に複数の貫通穴２５を有するケーシング２２内に押込みスクリュー２３があり、原料供給口２１から供給された廃プラスチックを押込みスクリュー２３で廃プラスチックを圧縮して、貫通穴２５から押出す方式のものが良い。この装置では、原料供給口２１から廃プラスチックを供給して、押し込みスクリュー２３により、廃プラスチックに摩擦を生じさせることで、加熱乾燥する。温度が上がった廃プラスチックを貫通穴２５から押出す。適正な温度条件とするためには、押し込みスクリュー２３を駆動するモーター２４の動力を適正範囲にする。なお、温度が不足する場合は、ヒーターを用いて加熱することもある。また、押し込みローラーで廃プラスチックを圧縮して貫通穴から押出す方式のものを使用することも良い。
【００２３】
圧縮乾燥時の条件は、廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満とする。本発明では、廃プラスチックの粒状化物を形成するのではなく、凝集物を作ることから、一般的なプラスチック粒状化物を製造する温度よりも低い処理温度とする。本発明では、廃プラスチック中のポリエチレンを部分的に軟化させる。これは、後述するように、凝集物が壊れやすく、適度な大きさであることが重要であることが理由である。この条件で圧縮乾燥することが必要であるため、上記の温度での処理を行う。ポリエチレンの軟化点は一般的に７２〜１２１℃であり、廃プラスチックを調査した結果、その中に含まれるポリエチレンのうち多くのものの軟化点は８５〜９５℃であった。更に本発明者らは実験を行い、この結果では、廃プラスチック中のポリエチレンを部分的に軟化点させるためには、７２℃以上、１１０℃未満であることが良いことが判明した。また、望ましくは、７２〜１００℃であることが良い。ただし、ポリエチレン比率が４０％以上である場合などは、８５〜１００℃の条件が良い。
【００２４】
圧縮乾燥する際に、上記の温度範囲に廃プラスチックの温度を制御するためには、圧縮乾燥時に廃プラスチックにかかる動力等を調整する。調整方法は以下に示すとおりである圧縮乾燥では、付着水の一部を蒸発させるため、付着水分比率により、動力等を変更する。この理由は、適切な凝集のためには、あまり動力を掛けすぎると温度が上がりすぎて、プラスチック同士が結合してしまうことと、水分の蒸発が過激となり、突沸ように水蒸気が過激に貫通穴から噴出す現象が起きて、処理が困難になるためである。また、動力が不足すると、温度が不足して、凝集が上手く行かないためである。
【００２５】
水分を付着水分が１２質量％以上の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８（ｋＷｈ／トン）の範囲とすれば、廃プラスチックの温度を８５℃以上、１１０℃未満とすることができる。また、付着水分が５質量％以上、１２質量％未満の場合は、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮出力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を１．７Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）の範囲とすれば、廃プラスチックの温度を８５℃以上、１１０℃未満とする。なお、Ｍｗは、廃プラスチックの付着水分比率（質量％）である。以上の操作により、廃プラスチックの温度を所定の範囲とするとともに、付着水分を１／２又はそれ以下とすることができる。この際の貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとするとともに、必要があれば、一部の当該貫通穴を閉塞して、圧縮装置動力を所定の範囲内とする。
【００２６】
付着水分が１２質量％以上と比較的水分が多い廃プラスチックの場合は、圧縮乾燥前に廃プラスチックを、熱風装置や回転式乾燥装置で、予備乾燥して水分を１２質量％未満とする。この際の温度を９０℃以下とする。これは、高温で乾燥すると発火の危険があるからである。その後に、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮出力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．８Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜４．４Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）の範囲として、廃プラスチックを圧縮乾燥する。本発明においても、付着水分が１２質量％以上では、残留水分が６〜８質量％と比較的多く残ることから、付着水分を低くしたい場合は、この予備乾燥により、安定して低水分の凝集物が得られる。
【００２７】
以上の方法で製造した圧縮乾燥して製造した廃プラスチック凝集物は、嵩比重が０．０７〜０．２ｋg/リットルのものである。この嵩比重であると、廃プラスチック凝集物の集合体には、適度の空間があり、ガス化炉内に供給された際に、ガスの発生速度が平均化する利点がある。この廃プラスチック凝集物は、完全に粘着して一体化したものではなく、１ｍｍ程度から１０ｍｍ程度のプラスチック粒子の集合体である。この集合体として、ガス化反応に適しているものは、その大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物であっても、２ＭＰａ（約２０ｋｇ−ｆ／ｃｍ3）の圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズとなるものの比率が９０％以上とする。一般に、凝集物が大きすぎると、ガス化炉内での反応が不均一になる傾向がある。従って、凝集物が短時間に分解・気化するのに適した大きさであることが良い。本発明者らの実験結果では、炉内の廃プラスチック供給部分の温度が４００〜８５０℃であれば、凝集物の大きさは１５ｍｍ以下が望ましいことが判った。ここで、１５ｍｍの大きさとは、１５ｍｍの網目のスクリーンを通過するサイズであることを言う。また、本発明の凝集物は、容積式などの供給装置の中で力を受けると小粒のものに分解することから、例え１５ｍｍ以上の大きさであっても、２ＭＰａの圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズとなるものであれば、供給装置内で分解されて、炉内に供給される際には、適正なサイズとなっていることから、炉内では、同様の反応条件となる。
【００２８】
これを図１の供給装置３で、ガス化炉４に供給して、廃プラスチックをガス化する。供給装置３の型式は種々あるが、容積式のものが最も望ましい。ここで、容積式供給装置とは、ケーシング内をスクリューで押し込む方式（スクリュー式フィーダー）、ケーシング内をプッシャーで押し込む方式、一定の容積を持った部分のある回転体が凝集物を取り込んでいく方式（テーブルフィーダーやロータリーフィーダーなど）、その他がある。また、気流搬送式の供給装置を用いることもある。
【００２９】
上記の方法により、事前処理された廃プラスチックはガス化炉４で可燃性ガスに転換される。ガス化炉４の型式としては、流動層式、コークス充填層式、噴流式、シャフト炉式などの型式がある。流動層式では、流動化している砂に廃プラスチック凝集物と水蒸気や酸素を供給して、廃プラスチックをガス化する。コークス充填層式では、高温のコークス充填層に廃プラスチック凝集物を供給して、ガス化して、更に酸素や水蒸気でガス成分を調整する。噴流式では、高温のガス化室に廃プラスチック凝集物を吹き込んで、ガス化する。シャフト炉式では、コークスなどのスペーサー機能のある充填層上部から廃プラスチック凝集物を供給して、ガス化して、廃プラスチックに含まれる無機物を溶融してスラグ化する。これらでの処理でのガス化温度は４００〜８５０℃である。
【００３０】
以上の方法により、供給された廃プラスチック凝集物は、炭素、水蒸気、酸素等と反応して、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、その他炭化水素などの可燃性ガスや窒素、二酸化炭素などのガスに転換される。また、廃プラスチックの一部は、ススやタールに転換される。
【実施例】
【００３１】
本発明の方法を実施した操業例を説明する。廃プラスチックの破砕装置は、図２に示される２軸式のものであり、圧縮乾燥機は図３に示される型式のものである。供給装置は、スクリュー式のものと回転式のものを使用して、両者を比較した。ガス化炉は流動層式のもので、流動層の温度を４５０〜７００℃にして、廃プラスチックのガス化処理を行った。
【００３２】
原料である廃プラスチックの組成等を表１に示す。原料１は、純度の高い廃プラスチックであり、ポリエチレンを６８質量％含むものであった。原料２は、家庭から排出された容器包装を中心とする廃プラスチックであり、比較的水分の高いものである。原料３は、事務所から排出されたもので、廃プラスチックが６８質量％、ポリエチレンを２７質量％含むものでものである。
【００３３】
【表１】
ガス化処理の結果を表２に示す。なお、ガス化反応の安定性については、ガス発熱量のバラツキ（１分平均値の標準偏差）と冷ガス効率（プラスチックの化学エネルギーのうち、ガスの化学エネルギーに添加された比率）を評価基準とした。
【００３４】
表２のガス化処理１ａは原料１を従来技術で処理した結果である。この処理の結果では、ガス化処理１ａでは、ガス容積当り発熱量は１０．５ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは１．１ＭＪ／ｍ3であった。また、冷ガス効率は６３．３％であった。一方、本発明の方法のガス化処理１ｂでは、事前処理で、廃プラスチックの嵩密度は０．１８ｋｇ／リットルであり、付着水分も３．４質量％であった。また、凝集物の８０％が１５ｍｍ以下で、１５ｍｍ以上のものの全量が２ＭＰａの力で１５ｍｍ以下となった。この処理の結果では、ガス容積当り発熱量は１１．６ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは０．５７ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は６９．４％といずれも向上した値となった。
【００３５】
【表２】
表２のガス化処理２ａは、原料２を従来技術で処理した結果である。この結果、ガス化処理２ａでは、ガス容積当り発熱量は９．１ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは１．３ＭＪ／ｍ3であった。また、冷ガス効率は５８．１％であった。一方、本発明の方法として、ガス化処理２ｂとガス化処理２ｃを行った。ガス化処理２ｂでは、通常の事前処理を行い、廃プラスチックの嵩密度を０．１０ｋｇ／リットルとして、付着水分も６．８質量％まで低下させた。この結果、ガス容積当り発熱量は１０．６ＭＪ／ｍ3まで向上し、ガス発熱量のバラツキは０．８１ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は、６３．４％といずれも向上した値となった。また、ガス化処理２ｃは、まず廃プラスチックを付着水分１０．６質量％まで予備乾燥したものを圧縮乾燥した。この結果、廃プラスチックの嵩密度を０．２０ｋｇ／リットルとして、付着水分も３．８質量％なで低下させた。この結果、ガス容積当り発熱量は１１．０ＭＪ／ｍ3まで向上し、ガス発熱量のバラツキは０．５２ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は、６４．８％と更に向上した。なお、ガス化処理２ｂ、２ｃともに、凝集物は１５ｍｍ以下であるか、１５ｍｍ以上のものの全量が２ＭＰａの力で１５ｍｍ以下となった。
【００３６】
表２のガス化処理３ａは原料３を従来技術で処理した結果である。この結果、ガス化処理３ａでは、ガス容積当り発熱量は８．５ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは０．８９ＭＪ／ｍ3であった。また、冷ガス効率は５４．６％であった。一方、本発明の方法のガス化処理３ｂでは、事前処理で、廃プラスチックの嵩密度を０．１４ｋｇ／リットルとして、付着水分も４．８質量％とした。この結果、ガス容積当り発熱量は９．７ＭＪ／ｍ3であり、ガス発熱量のバラツキは０．４３ＭＪ／ｍ3であり、また、冷ガス効率は、５９．９％といずれも向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のガス化装置の全体構成を示す図である。
【図２】廃プラスチックの破砕機の型式例を示す図である。
【図３】廃プラスチックの圧縮乾燥機の型式例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 破砕機
２ 圧縮乾燥機
３ 供給装置
４ ガス化炉
５ ガス処理装置
１１ 供給口
１２ ローター
１３ スクリーン
１４ リターンコンベア
２１ 原料供給口
２２ ケーシング
２３ 押込みスクリュー
２４ モーター
２５ 貫通穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、最大長で３００ｍｍ以下に切断した後に、圧縮するとともに加熱して、該廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満として、嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容した後に、ガス化炉に供給してガス化することを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。
【請求項２】
付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項３】
付着水分が６質量％以上、１２質量％未満の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．７Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項４】
付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを圧縮乾燥前に９０℃以下の温度で予備乾燥して、水分を１２質量％未満とした後に、圧縮するとともに加熱した後に、ガス化処理することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項５】
側面に複数の貫通穴を有しているケーシング内において、スクリュー式圧縮機にて連続的に、廃プラスチックを圧縮して、当該貫通穴から廃プラスチックを押出して圧縮するとともに加熱することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項６】
ケーシングの貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとすることを特徴とする請求項５に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項７】
圧縮するとともに加熱して製造した廃プラスチック凝集物を、大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物を２ＭＰａの圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズであるものの比率が９０％以上とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項８】
廃プラスチックを容積式の供給装置にて、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化するとすることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項１】
ポリエチレンを２０〜８０質量％含有している廃プラスチックを、最大長で３００ｍｍ以下に切断した後に、圧縮するとともに加熱して、該廃プラスチックの温度を７２℃以上、１１０℃未満として、嵩比重で０．０７〜０．２ｋg/リットルに減容した後に、ガス化炉に供給してガス化することを特徴とする廃プラスチックのガス化方法。
【請求項２】
付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、２．５Ｍｗ＋１８＜ＰＲ＜６．５Ｍｗ＋１８（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項３】
付着水分が６質量％以上、１２質量％未満の廃プラスチックを処理する際に、付着水比率（Ｍｗ：質量％）により、処理量（トン）当りの圧縮機の出力である圧縮動力比ＰＲ（ｋＷｈ／トン）を、１．７Ｍｗ＋１７＜ＰＲ＜５．５Ｍｗ＋１７（ｋＷｈ／トン）とすることを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項４】
付着水分が１２質量％以上の廃プラスチックを圧縮乾燥前に９０℃以下の温度で予備乾燥して、水分を１２質量％未満とした後に、圧縮するとともに加熱した後に、ガス化処理することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項５】
側面に複数の貫通穴を有しているケーシング内において、スクリュー式圧縮機にて連続的に、廃プラスチックを圧縮して、当該貫通穴から廃プラスチックを押出して圧縮するとともに加熱することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項６】
ケーシングの貫通穴の内径を２５〜１００ｍｍとすることを特徴とする請求項５に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項７】
圧縮するとともに加熱して製造した廃プラスチック凝集物を、大きさが平均１５ｍｍ以下であるものか、１５ｍｍ以上のサイズの凝集物を２ＭＰａの圧力で押し潰した際に平均１５ｍｍ以下のサイズであるものの比率が９０％以上とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【請求項８】
廃プラスチックを容積式の供給装置にて、ガス化炉に供給して、廃プラスチックをガス化するとすることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の廃プラスチックのガス化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−６６１９（Ｐ２０１１−６６１９Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３０８４（Ｐ２００９−１５３０８４）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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